光源的種類

在機器視覺系統中，通過適當的光源照明設計，使圖像中的目標信息與背景信息得到最佳分離，可以大大降低圖像處理算法分割、識別的難度，同時提高系統的定位、測量精度，使系統的可靠性和綜合性能得到提高；反之，如果光源設計不當，會導致在圖像處理算法設計和成像系統設計中事倍功半。因此，光源及光學系統設計的成敗是決定系統成敗的首要因素。在機器視覺系統中，光源的作用至少有以下幾種：

①可以照亮目標，提高目標亮度;

②形成最有利于圖像處理的成像效果；

③克服環境光干擾，保證圖像的穩定性；

④用作測量的工具或參照。

由于沒有通用的機器視覺照明設備，所以針對每個特定的應用實例，要設計其相應的照明裝置，以達到最佳的效果。機器視覺系統的光源的價值也正在于此。

通常，光源可以定義為：能夠產生光輻射的輻射源。光源一般可分為自然光源和人工光源。自然光源，如天體(地球、太陽、星體)、大氣；人工光源是人為將各種形式的能量(熱能、電能、化學能)轉化成光輻射的器件，其中利用電能產生光輻射的器件稱為電光源，根據光源的發光機理不同，可以分為高頻熒光燈、鹵素燈(光纖光源)、發光二極管(LED)光源、氣體放電燈、激光二極管LD。

(1)高頻熒光燈

高頻熒光燈的發光原理和日光燈類似，只是燈管是工業級產品，并且采用高頻電源，也就是光源閃爍的頻率遠高于相機采集圖像的頻率，消除圖像的閃爍。適合大面積照明，亮度高，且成本較低。但需要隔一定時間換燈管，國外高頻燈管最快可做到60kHz。

(2)鹵素燈

鹵素燈也叫光纖光源，因為光線是通過光纖傳輸的，適合小范圍的高亮度照明。它真正發光的是鹵素燈泡，功率很大，可達100多瓦。高亮度鹵素燈泡，通過光學反射和一個專門的透鏡系統，進一步聚焦提高光源亮度。鹵素燈還稱為冷光源，因為通過光纖傳輸之后，出光的這一端是不發熱的。適合對環境溫度比較敏感的場合，比如二次元量測儀的照明。但它的缺點就是鹵素燈泡的壽命只有2000h左右。

(3)發光二極管(LED)光源

LED(Light Emitting Diode)是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的核心是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“PN結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區，在P區里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發出能量，這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成PN結的材料決定的。LED光源的優點有：體積小，重量輕，便于集成；工作電壓低，耗電少，驅動簡便，容易實現計算機控制；比普通光源單色性好，有多種顏色可選，包括紅、綠、藍、白，還有紅外、紫外，針對不同檢測物體的表面特征和材質，選用不同顏色，也就是不同波長的光源，達到理想效果；發光亮度高，發光效率高，亮度便于調整；壽命長，可達到10000～30000h、響應快(短于1μs)；由于LED光源是采用多顆LED排列而成，可以設計成復雜的結構，實現不同的光源照射角度。

下圖為三種光源性能指標的綜合評價。

機器視覺系統分為2D視覺系統和3D視覺系統，在計算機、光學、電子、人工智能、汽車等行業都有廣泛應用。在汽車行業，3D視覺檢測系統可以檢測汽車連接器Pin針檢測，可快速準確高效的確定位置錯誤的引腳。在一些不適合人們作業的危險工作環境和人工視覺無法滿足要求的場合、機器視覺可以代替人工視覺完成工作。